夏為大彭氏國。明稱徐州，屬南京道。清雍正十一年（1733）升徐州為府析置銅山縣，以縣東北境有銅山（今已淪入湖中），故名。1948年屬山東省，1953年復屬江蘇省。2010年，撤銷銅山縣，設立徐州市銅山區，并區政府駐銅山鎮。
2000年4月1日，徐州市人民政府批準調整銅山縣鄉鎮行政區劃：（1）撤銷沿湖鄉，保留沿湖農場建制，將其政府職能劃歸柳新鎮，實行鎮管村體制（不含沿湖農場），鎮政府駐柳新村。區劃調整后柳新鎮行政區域117平方千米，人口8.2萬，轄38個村委會。（2）撤銷吳邵鄉，將其原轄區域并入張集鎮，實行鎮管村體制，鎮政府駐后樓村。區劃調整后張集鎮行政區域159.1平方千米，人口6.86萬，轄29個村委會。（3）撤銷毛莊鄉、徐莊鄉，將這兩個鄉的原轄區域合并設立徐莊鎮，實行鎮管村體制，鎮政府駐邀莊村。區劃調整后徐莊鎮行政區域132.6平方千米，人口6.51萬，轄38個村委會。（4）撤銷太山鎮，將其原轄區域并入大許鎮，鎮政府駐大許村。區劃調整后大許鎮行政區域129.1平方千米，人口7.22萬，轄37個村委會。（5）撤銷吳橋鄉，將其原轄區域并入單集鎮，實行鎮管村體制，鎮政府駐單集村。區劃調整后單集鎮行政區域135.2平方千米，人口6.4萬，轄33個村委會。（6）撤銷呂梁鄉，將其原轄區域并入伊莊鎮，實行鎮管村體制，鎮政府駐伊莊村。區劃調整后伊莊鎮行政區域106.9平方千米，人口4.09萬，轄24個村委會。（7）撤銷郭集鄉，將其原轄區域并入房村鎮，實行鎮管村體制，鎮政府駐房村。區劃調整后房村鎮行政區域138.15平方千米，人口6.7萬，轄36個村委會。（8）保留銅山鎮、黃集鎮、鄭集鎮、茅村鎮、劉集鎮、大彭鎮、利國鎮、大黃山鎮、三堡鎮、大廟鎮、棠張鎮、何橋鄉、馬坡鄉、漢王鄉、柳泉鄉，其行政區域和鄉鎮政府駐地不變。（9）縣屬國營場圃并入鄰近鄉鎮。（10）行政區劃調整和，全縣轄18個鎮、4個鄉：柳新鎮、張集鎮、徐莊鎮、大許鎮、單集鎮、伊莊鎮、房村鎮、銅山鎮、黃集鎮、鄭集鎮、茅村鎮、劉集鎮、大彭鎮、利國鎮、大黃山鎮、三堡鎮、大廟鎮、棠張鎮、何橋鄉、馬坡鄉、漢王鄉、柳泉鄉。（何橋鄉、馬坡鄉、漢王鄉、柳泉鄉撤鄉設鎮時間尚不清楚）
2000年第五次人口普查，銅山縣總人口1262489人，其中：銅山鎮61286人，何橋鎮43326人，黃集鎮54137人，馬坡鎮47408人，鄭集鎮47693人，柳新鎮81805人，劉集鎮58754人，大彭鎮58887人，漢王鎮50503人，三堡鎮45103人，棠張鎮54866人，張集鎮70072人，房村鎮66372人，伊莊鎮41571人，單集鎮62754人，大廟鎮64864人，徐莊鎮60383人，大許鎮70901人，茅村鎮65457人，柳泉鎮56791人，利國鎮58379人，大黃山鎮41177人。
2005年5月18日，國務院批準（國函[2005]41號）將銅山縣大黃山鎮和大廟鎮劃歸徐州市鼓樓區管轄。行政區劃調整后，銅山縣行政區域面積1856.6平方千米，人口118.2萬，轄20個鎮（江蘇省人民政府2005年6月15日蘇政發[2005]53號文件）。
2009年末，銅山縣總面積1877平方千米、總人口37.82萬戶、124.21萬人，其中：銅山鎮面積50平方千米、人口170100人，何橋鎮面積74平方千米、人口49751人，黃集鎮面積83.4平方千米、人口56699人，馬坡鎮面積69平方千米、人口48799人，鄭集鎮面積68平方千米、人口50373人，柳新鎮面積85平方千米、人口72287人，劉集鎮面積83.6平方千米、人口64495人，大彭鎮面積76平方千米、人口64782人，漢王鎮面積93平方千米、人口52291人，三堡鎮面積71.57平方千米、人口45018人，棠張鎮面積85平方千米、人口56703人，張集鎮面積148平方千米、人口75827人，房村鎮面積136平方千米、人口72717人，伊莊鎮面積85.6平方千米、人口43468人，單集鎮面積132.1平方千米、人口66280人，利國鎮面積66.5平方千米、人口57501人，徐莊鎮面積132.59平方千米、人口67748人，大許鎮面積129平方千米、人口79830人，茅村鎮面積83.96平方千米、人口69093人，柳泉鎮面積105.2平方千米、人口59195人。（數據來源于《江蘇省統計年鑒》）
2010年第六次人口普查，銅山縣常住總人口1086564人，其中：銅山鎮117820人，何橋鎮35118人，黃集鎮43038人，馬坡鎮35358人，鄭集鎮43021人，柳新鎮65258人，劉集鎮54785人，大彭鎮52219人，漢王鎮47205人，三堡鎮41091人，棠張鎮52985人，張集鎮61929人，房村鎮54035人，伊莊鎮34968人，單集鎮50617人，利國鎮54960人，徐莊鎮56099人，大許鎮66563人，茅村鎮57649人，柳泉鎮51657人，國營沿湖農場10189人。
2010年區劃調整時，將將原九里區的義安、利國、張集、垞城、電廠、張雙樓、三河尖、拾屯8個街道以及龐莊街道的拾西村和昕昕居委會劃入銅山區。
2013年，一、撤銷銅山鎮，將原銅山鎮焦山、同昌、學苑、文沃、樵村、無名山6個居委會區域和橋上村委會區域與漢王鎮望城、葛樓、漢溝3個村委會區域合并設立銅山街道辦事處，街道辦事處駐北京北路21號。二、撤銷三堡鎮，以原三堡鎮的三堡、四堡、新何、黃橋4個居委會區域和潘樓、勝陽2個村委會區域設立三堡街道辦事處，街道辦事處駐府前街1號。三、將原銅山鎮二堡居委會和新莊、驛城、滕寨3個村委會區域與原三堡鎮臺上、麥樓、龍亭3個居委會區域和榆莊、梁莊、徐村3個村委會區域，以及棠張鎮晁湖村委會區域合并，設立新區街道辦事處，街道辦事處駐北京北路21號。區劃調整后，銅山街道辦事處行政區域面積52.6平方公里，人口7.2萬人，管理6個居委會、4個村委會；三堡街道辦事處行政區域面積35.4平方公里，人口2.25萬人，管理4個居委會、2個村委會；新區街道辦事處行政區域面積64.5平方公里，人口3.91萬人，管理4個居委會、7個村委會；漢王鎮行政區域面積64.2平方公里，人口4.1萬人，轄9個村委會；棠張鎮行政區域面積80.3平方公里，人口5.54萬人，轄17個村委會。（8月6日蘇政復[2013]75號）